一种多电极真空弧离子源制造技术

本发明专利技术实施例提供了一种多电极真空弧离子源，包括多个相同的单电极；单电极包括：阴极、绝缘套筒、阳极和阳极绝缘层；阴极为一端具有凸起结构的圆柱，其中，具有凸起结构的一端为放电端，另一端为平面端；阴极表面包裹有绝缘套筒，且绝缘套筒内壁与阴极表面紧密接触；阳极固定于绝缘套筒上，且阳极内表面与绝缘套筒外表面相接触，阳极的外表面由阳极绝缘层包裹；多个阴极的非放电端均连接同一个放电电源的负高压端子，多个阳极均接地。本发明专利技术基于绝缘阳极结构实现了在一个电源下多个电极同时放电，增大了阴极电流幅值，提高了等离子体的生成量，丰富了金属离子的种类。

A multi electrode vacuum arc ion source

【技术实现步骤摘要】
一种多电极真空弧离子源
本专利技术涉及等离子体生成
，尤其涉及一种多电极真空弧离子源。
技术介绍
在真空放电里，阴极和阳极之间施加高电压，由于阴极表面微凸起的存在，阴极表面的电场强度可达到109V/m。强电场会引起阴极表面场致电子发射，大量的电子发射产生大量的焦耳热加热阴极，使阴极表面蒸发出大量的金属蒸气。场致发射的电子碰撞金属蒸气，会产生新的电子和离子。电子和离子离开阴极表面运动到阳极使阴阳极间击穿导通，形成电弧。真空弧烧蚀阴极金属材料能够产生高电离度的金属离子等离子体，并形成超音速(～104m/s)、定向喷射的金属离子等离子体束，因而将金属离子等离子体用于离子注入技术、高电离度离子束的提取以及等离子体推进器受到越来越广泛的关注。但单个电极放电生成的等离子体源的离子种类单一、离子密度较小、离子数量较少，因而对其的实际应用带来了限制。为了提高等离子体生成量，现有研究往往采用多阴极结构。在此结构中，多个阴极共用一个阳极，且由多个电源为对应的阴极提供放电能量。但是多个电源的使用不仅增加了系统的复杂程度，降低了系统的效率，而且多个电源的同步性也存在问题。在采用传统的裸阳极结构进行一个电源下多个电极放电时，放电起始时刻多个电极的阴极表面都达到了场致电子发射阈值，能够同时进行场致发射电子。但是，由于阴极表面的差异，其中一个电极阴极点的电场强度较大，场致发射电子能力较强，这个电极的阴阳极之间先形成放电通路。对裸金属阳极多电极结构来说，其中一个电极的阴阳极之间形成放电通路后，放电电压就会迅速降低至电弧维持电压。在此电压下，其他电极的阴阳极之间就很难再形成击穿放电。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种多电极真空弧离子源，目的在于实现在一个电源下多个电极同时放电，提高等离子体生成量，丰富离子种类，以解决上述
技术介绍
中存在的单个电极生成的离子种类单一、离子密度较小、离子数量较少的技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。一种多电极真空弧离子源，包括多个相同的单电极；所述单电极包括：阴极1、绝缘套筒2、阳极3和阳极绝缘层4；所述阴极1包括：放电端5和非放电端，其中，所述阴极的放电端5为凸起结构，非放电端为平面端6；所述阴极1表面包裹有绝缘套筒2，且绝缘套筒2内壁与阴极1表面紧密接触；所述阳极3固定于绝缘套筒2上，且阳极3内表面与绝缘套筒2外表面相接触，所述阳极3的外表面由阳极绝缘层4包裹；多个阴极的非放电端均连接同一个放电电源的负高压端子，多个阳极均接地。优选地，所述放电端5位于绝缘套筒2内部，其为圆锥形、圆台形、弧形或立方体形。优选地，所述平面端6位于绝缘套筒2外部，其端面为圆形。优选地，所述阴极1和阳极3采用金属材料制成。优选地，所述绝缘套筒2采用绝缘材料制成；所述阳极绝缘层4采用绝缘材料制成。优选地，相邻的单电极之间的距离为16mm以上。优选地，所述相邻的单电极之间的距离为36mm，可使多个单电极同时放电并能够获得最大等离子体生成量。由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供了一种多电极真空弧离子源，不同于传统多阴极结构，基于绝缘阳极结构实现了在同一个电源下的多个电极同时放电。通过在每个电极放电端设置绝缘套筒，对阴极产生的等离子体进行阻挡及束缚，提高了等离子体定向喷射的能力。与单电极放电相比，多电极同时放电具有更低的初始放电电压值，更大的阴极电流幅值，更高的等离子体的生成量，更丰富的离子种类。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例中一种多电极真空弧离子源整体结构示意图；图2为本专利技术实施例中一种多电极真空弧离子源的左视图；图3为本专利技术实施例中一种多电极真空弧离子源的放电电路图；图4为本专利技术实施例中一种多电极真空弧离子源的放电波形图。附图标记：1-阴极；2-绝缘套筒；3-阳极；4-阳极绝缘层；5-阴极放电端；6-阴极平面端。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。为便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本专利技术实施例的限定。本专利技术实施例提供了一种多电极真空弧离子源，包括多个相同的单电极。单电极包括：阴极1、绝缘套筒2、阳极3和阳极绝缘层4。阴极1包括：放电端5和非放电端，其中，所述阴极的放电端5为凸起结构，非放电端为平面端6，阴极1和放电端5采用铅金属材料制成；阴极1表面包裹有绝缘套筒2，且绝缘套筒2内壁与阴极1表面紧密接触。放电端5位于绝缘套筒2内部，其为圆锥形、圆台形、弧形或立方体形等凸起的形状；平面端6位于绝缘套筒2外部，其端面为圆形。阳极3固定于绝缘套筒2上，且阳极3内表面与绝缘套筒2外表面相接触，阳极3的外表面由阳极绝缘层4包裹，阳极3采用金属材料制成。上述多电极真空弧离子源中所有阴极的非放电端同时连接同一个放电电源的负高压端子，所有阳极接地；相邻的单电极之间的距离为16mm以上。如图1所示，本专利技术实施例提供的一种多电极真空弧离子源，由3个相同的单电极组成，3个单电极由同一个放电电源提供能量。阴极1为圆柱状，其两端分别为放电端5和平面端6，其中，放电端5位于绝缘套筒2内部，其为圆锥形结构，平面端6位于绝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多电极真空弧离子源，其特征在于，包括多个相同的单电极；/n所述单电极包括：阴极(1)、绝缘套筒(2)、阳极(3)和阳极绝缘层(4)；/n所述阴极(1)包括：放电端(5)和非放电端，其中，所述阴极的放电端(5)为凸起结构，非放电端为平面端(6)；/n所述阴极(1)表面包裹有绝缘套筒(2)，且绝缘套筒(2)内壁与阴极(1)表面紧密接触；/n所述阳极(3)固定于绝缘套筒(2)上，且阳极(3)内表面与绝缘套筒(2)外表面相接触，所述阳极(3)的外表面由阳极绝缘层(4)包裹；/n多个阴极的非放电端均连接同一个放电电源的负高压端子，多个阳极均接地。/n

【技术特征摘要】
1.一种多电极真空弧离子源，其特征在于，包括多个相同的单电极；
所述单电极包括：阴极(1)、绝缘套筒(2)、阳极(3)和阳极绝缘层(4)；
所述阴极(1)包括：放电端(5)和非放电端，其中，所述阴极的放电端(5)为凸起结构，非放电端为平面端(6)；
所述阴极(1)表面包裹有绝缘套筒(2)，且绝缘套筒(2)内壁与阴极(1)表面紧密接触；
所述阳极(3)固定于绝缘套筒(2)上，且阳极(3)内表面与绝缘套筒(2)外表面相接触，所述阳极(3)的外表面由阳极绝缘层(4)包裹；
多个阴极的非放电端均连接同一个放电电源的负高压端子，多个阳极均接地。


2.根据权利要求1所述的多电极真空弧离子源，其特征在于，所述放电端(5)位于绝缘套筒(2)内部，其为圆锥形、圆台形、弧形或...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文正，张文俊，田甲，高永杰，赵潞翔，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11